Патент на изобретение №2172059

(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение касается способа компенсации фазовых искажений, возникающих в усиленном выходном сигнале усилителя мощности. Изобретение также касается устройства компенсации фазовых искажений. Устройство включает в себя контур 30-39 фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты, который подсоединен к входу усилителя 40 мощности. Решение включает в себя подачу части подлежащего усилению сигнала (e_pha) обратно в схему 35, которая объединяет этот первый упомянутый сигнал с частью усиленного сигнала (е_вых), подаваемого обратно с выхода усилителя 40 мощности, чтобы добиться плавного перехода в доминировании одного сигнала относительно другого сигнала, когда два сигнала объединяют для получения нового сигнала (е_fdb) обратной связи со схемы 35 объединения. Технический результат – компенсация влияния фазовой модуляции амплитуды в отношении импульсных усилителей мощности. 2 с. и 12 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение касается компенсации фазовых искажений, которые возникают в выходном усиленном сигнале из-за выходной мощности усилителя. Изобретение также касается устройства компенсации фазового искажения.

Предпосылки создания изобретения
В цифровой системе ГСМС (Глобальная система мобильной связи) используется МДВРК (Множественный доступ с временным разделением каналов). В этом способе, каждая несущая частота разделена на восемь временных интервалов, таким образом обеспечивая возможность обслуживания одновременно восьми запросов на одной и той же несущей частоте. Каждая оконечная станция включает в себя усилитель мощности в части передающего устройства оконечной станции, который передает модулированную по радиочастоте информацию в антенну. Функция усилителя мощности заключается в достаточном усилении сигналов для их удовлетворительного приема на ближайшей базовой станции. Эта функция будет выполняться с наименьшим возможным добавлением мощности от аккумуляторных батарей оконечной станции из-за их ограниченной емкости.

Усилители мощности имеют тенденцию вносить фазовые искажения в передаваемый выходной сигнал. Эти искажения зависят от выходной мощности и увеличиваются с ее увеличением. Эти искажения можно выразить в виде математической векторной модели: y(t) = re^jwt+f(r) Усиление r, которое в данном случае является таким же, как амплитуда, включено в качестве переменной в функцию f(r) фазы. Таким образом, считают, что усиление/амплитуда определяет эффект фазовой модуляции в выходном сигнале.

Некоторые нелинейные усилители дают резко выраженные фазовые искажения при больших мощностях, хотя эти усилители можно, тем не менее, использовать, поскольку они имеют большую эффективность, чем линейные усилители.

В МДВРК используются импульсные усилители. Таким образом, мощность повышается по линейному закону до выходной мощности, подходящей для передачи, в соответствии с пилообразной функцией. При окончании передачи мощность соответствующим образом линейно уменьшается, в соответствии с пилообразной функцией. Линейное увеличение и линейное уменьшение выходной мощности происходит в течение очень коротких интервалов времени. Зависимость фазовой модуляции от линейного увеличения и линейного уменьшения выходной мощности приводит к расширению частотного спектра выходного сигнала. Компенсация фазовой модуляции увеличивает возможности выполнения данных стандартных требований (например, ГСМС).

Из опубликованной заявки PCT на патент WO-A1-95/23453 (фирмы Моторола) известна нейтрализация фазового искажения с помощью обратной связи, которую подсоединяют к выходу усилителя мощности, и включают усилитель мощности в контур фазовой синхронизации. На усилитель мощности подается фазомодулированный сигнал из контура управления фазовой модуляцией, который включает в себя контур фазовой синхронизации с цепью обратной связи, подсоединенной ко входу усилителя мощности. Включение переключающей схемы в контур управления фазовой модуляцией позволяет осуществлять переключение между двумя контурами обратной связи. Однако практически невозможно известным способом достичь быстрой фазовой синхронизации по правильной фазе путем переключения между контурами обратной связи. Поскольку соответствующие линейное увеличение и линейное уменьшение происходят очень быстро, возникают проблемы, особенно в случае применений радиосвязи МДВРК, в которых используются импульсные усилители. Выбросы на фронте импульса, которые образуются в огибающей выходного сигнала, подаются обратно и добавляются к переходным процессам, вызываемым переключением между двумя контурами обратной связи. К тому же, фазовая синхронизация занимает неприемлемо длительное время. Фазовая синхронизация может даже не произойти. Эти недостатки и проблемы могут привести к полной или частичной потери важной информации, хранящейся в сигнале. Следовательно, можно считать желательным найти новое разрешение этих недостатков и проблем, которыми обременены известные способы.

Настоящее изобретение относится к проблеме, касающейся способа компенсирования влияния фазовой модуляции амплитуды в отношении импульсных усилителей мощности.

Другая относящаяся к изобретению проблема связана со способом, которым можно быстро, точно и в подходящее время синхронизировать фазовый детектор по правильной фазе перед линейным увеличением или линейным уменьшением мощности усилителя мощности.

Как было установлено выше, ранее известные способы фазовой синхронизации затруднены из-за некоторых недостатков и проблем. На устранение этих недостатков и проблем направлено настоящее изобретение.

Задачей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство, которые компенсируют влияние фазовой модуляции амплитуды.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство, которые устраняют переходные процессы и сигналы обратной связи с шумами.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство, которые позволяют быстро, точно и в подходящее время синхронизировать фазовый детектор по правильной фазе перед линейным увеличением или линейным уменьшением мощности усилителя мощности.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство, которые нейтрализуют недостатки и проблемы, связанные с существующими способами фазовой синхронизации.

Решение включает в себя подачу сигнала для усиленной обратной связи в схему, которая объединяет часть этого первого упомянутого сигнала с частью усиленного сигнала, подаваемого обратно с выхода усилителя мощности, чтобы выполнять плавный переход при преобладании одного сигнала над другим сигналом, когда два сигнала объединяются для формирования выходного сигнала схемы объединения.

Контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты включает в себя фазовый детектор, схему интегрирующего фильтра, подсоединенную к упомянутому детектору, управляемый напряжением генератор, подсоединенный к выходу упомянутой схемы фильтра, и контур обратной связи, подсоединенный ко входу смесителя, который включает в себя дополнительный вход для сигнала, поступающего от источника местного генератора, и выход, который подсоединен к одному из двух входов фазового детектора. Усилитель мощности подсоединен к выходу управляемого напряжением генератора, хотя усилитель не входит в контур. Концепция включает использование существующего контура фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты путем дополнения упомянутого контура устройством объединения сигналов, так называемой схемой объединения, а также вторым контуром обратной связи с выхода усилителя мощности. К тому же в контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты можно включить усилитель мощности. Контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты также можно называть контуром управления фазовой модуляцией, который имеет функции фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты. До начала линейного увеличения сигнала усилителя мощности контур синхронизируется по выходному сигналу управляемого напряжением генератора с помощью первого контура обратной связи. Когда выходная мощность возрастает, сигнал, подаваемый обратно с выхода усилителя мощности через второй контур обратной связи, постепенно получает преобладание над сигналом генератора, поступающим обратно через первый контур обратной связи. Это постепенное (или последовательное) изменение соотношения между сигналами с двух контуров обратной связи в новом сигнале обратной связи можно описать как плавный переход. Если контур имеет достаточно большую ширину полосы частот, то фазовый сдвиг усилителя мощности в течение периода линейного увеличения исключается.

Одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что переход является плавным, благодаря чему не образуются никакие переходные процессы, которые могут простираться во времени, которое занимает функция фазовой синхронизации в контуре управления фазовой модуляцией для синхронизации по правильной фазе.

Другим преимуществом, предоставляемым настоящим изобретением, является то, что широкополосный шум от источников, находящихся выше по ходу от фазового детектора в контуре управления фазовой модуляцией, эффективно отфильтровывается. Одним таким источником может быть шум, производимый IQ-модулятором.

Другое преимущество состоит в том, что разработчик имеет большую свободу при выборе между различными существующими усилителями мощности, которые могут обеспечить желательные характеристики при применении концепции изобретения.

Другое преимущество, предоставляемое изобретением, состоит в том, что его можно использовать в мобильной телефонии, независимо от того, является ли информационный сигнал фазомодулированным или амплитудно-модулированным.

Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, а также со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1A представляет блок-схему, иллюстрирующую передающее устройство, снабженное антенной.

Фиг. 1B представляет ось мощности, которая иллюстрирует относительное состояние между различными выходными мощностями передающего устройства.

Фиг. 2A представляет временно-амплитудную диаграмму, показывающую, каким образом управляющий сигнал I_ус изменяется со временем в соответствии с установленным стандартом ГСМС.

Фиг. 2B представляет диаграмму, которая показывает изменение выходной мощности P во времени, где усилитель мощности управляется в соответствии со стандартом ГСМС.

Фиг. 3 представляет блок-схему, иллюстрирующую существующее передающее устройство.

Фиг. 4 представляет электрическую принципиальную схему одного варианта осуществления схемы объединения.

Фиг. 5 представляет электрическую принципиальную схему другого варианта осуществления схемы объединения.

Фиг. 6 представляет блок-схему, иллюстрирующую один вариант осуществления заявляемого устройства компенсации фазовых искажений.

Фиг. 7 представляет блок-схему, иллюстрирующую другой вариант осуществления заявляемого устройства компенсации фазовых искажений.

Фиг. 8A иллюстрирует принцип временного управления фазовой синхронизацией показанного на фиг. 7 устройства с помощью временной оси и отметок времени.

Фиг. 8B представляет временно-амплитудную диаграмму, иллюстрирующую изменение во времени выходного сигнала схемы развертки, включенной в показанное на фиг. 7 устройство.

Фиг. 9 представляет графическую схему программы, иллюстрирующую соответствующий концепции изобретения способ компенсации фазового искажения.

Описываемые далее варианты осуществления изобретения касаются применений в передающих устройствах радиосвязи. Однако следует понимать, что соответствующую концепции изобретения компенсацию фазового искажения можно использовать и в других применениях.

Фиг. 1A представляет блок-схему, иллюстрирующую усилитель 3 мощности (УМ), включенный в передающее устройство и имеющий сигнальный вход для входного сигнала, s₁, управляющий вход для управляющего сигнала I_ус и сигнальный выход для сигнала s₂, имеющего выходную мощность P_вых. Входной сигнал I_ус генерируется в устройстве 5 управления усилителем (УУУ), которое функционирует с целью управления выходной мощностью _вых. Контур 7 управления фазовой модуляцией вырабатывает сигнал s₁. Устройство управления усилителем в данном документе подробно не описывается.

В течение используемого временного интервала усилитель 3 мощности представляет выходную мощность P_вых в двух величинах, которые находятся между P_max и P_min. Сигнал s₁, передаваемый на усилитель мощности, имеет постоянную входную мощность. Два сигнала s₁ и s₂ обратной связи имеют одинаковый весовой коэффициент при данной выходной мощности P_вых = P_T’, P_T < P_min. На фиг. 1B показано относительное состояние выходных мощностей по отношению к мощности P_T.

Управление усилителем 3 мощности осуществляется при помощи управляющего сигнала 1 типа импульса выходной мощности, в соответствии с которым определяется, например, соответствующая система мобильной телефонии. На фиг. 2A показано, каким образом управляющий сигнал I_ус изменяется в зависимости от времени в соответствии с установленным стандартом ГСМС. Управление усилителем 3 мощности приводит к управлению выходной мощностью. На фиг. 2B показана огибающая E выходного сигнала P_вых с линейным увеличением и линейным уменьшением выходного сигнала усилителя 3 мощности. Время на этом графике указано ссылочной позицией t. Стремятся получить плавную огибающую выходной мощности для предотвращения расширения спектра переданных сигналов. На фиг. 2В также схематически показаны шаблоны времени, F₁ и F₂, к которым должна быть приспособлена выходная мощность и которые определены в стандарте ГСМС. Продолжительность линейного увеличения или линейного уменьшения не должна превышать T= 28 мкс.

Фиг. 3 представляет блок-схему, иллюстрирующую вышеупомянутое прежнее передающее устройство из заявки PCT на патент WO-A1-95/23453. Известное передающее устройство, в общем, подразделяется на контур 117 управления фазовой модуляцией и контур 115 управления амплитудной модуляцией. Контур управления амплитудной модуляцией включает в себя усилитель 107 мощности, направленный ответвитель 109 и детектор 111 огибающей, который подсоединен к одному из сигнальных входов дифференциального усилителя 113. Опорный сигнал 125 амплитуды подается на другой сигнальный вход. Дифференциальный усилитель 113 вырабатывает разностный сигнал напряжения как результат разности между двумя сигнальными входами. Дифференциальный усилитель подсоединен ко входу для управления усилением усилителя 107 мощности. Амплитудная модуляция выходного сигнала усилителя мощности достигается благодаря изменению напряжения опорного сигнала амплитуды.

Задача смещения частоты сигнала 121 опорной фазы к надлежащей частоте канала решена в этом известном устройстве контуром 117 управления фазовой модуляции. Контур включает в себя смеситель 101, фазовый детектор 103 и управляемый напряжением генератор 105, УНГ, и соединение 131 цепи обратной связи от выхода генератора к схеме 130 переключателя. Как было упомянуто выше, нелинейные усилители на больших мощностях демонстрируют явное фазовое искажение. Это искажение можно нейтрализовать с помощью цепи обратной связи 132, которая подсоединена к выходу 109 усилителя мощности, и которая, благодаря этому, вводит усилитель мощности в контур фазовой модуляции. Включение переключающей схемы 130 в контур управления фазовой модуляцией позволяет обеспечивать переключение между двумя цепями обратной связи 131 и 132. Один из сигналов обратной связи подается обратно в смеситель 101. Смеситель вырабатывает сигнал 127 промежуточный частоты, частота которого равна разности между частотами опорного сигнала 123 и сигнала, который подается обратно с переключающей схемы 130. Фазовый детектор 103 вырабатывает сигнал рассогласования, который зависит от разности фаз сигнала 127 промежуточной частоты и сигнала 121 опорной фазы. Сигнал рассогласования поступает на вход управления частотой генератора. Таким образом, выходной сигнал генератора получает фазу, которая приблизительно равна фазе сигнала 121 опорной фазы, что означает, что получена фазовая модуляция выходного сигнала с помощью сигнала 121 опорной фазы. Частота выходного сигнала зависит от суммы альтернативной разности между частотой сигнала опорной частоты и частотами сигнала опорной фазы.

Однако в соответствии с известным способом практически невозможно добиться быстрой синхронизации по правильной фазе путем переключения между двумя контурами обратной связи. Проблема состоит в том, что линейное увеличение и линейное уменьшение сигнала происходят очень быстро. Переключение между двумя контурами обратной связи приводит к фазовому искажению, которое невозможно достаточно быстро ослабить. В наихудших случаях контур теряет свою синхронизацию.

В соответствии с настоящим изобретением более удобно заменить переключающую схему 130 объединяющим устройством, схема объединения которого приводит к плавному переходу между двумя цепями сигналов обратной связи. При линейном усилителе мощности выходной сигнал схемы объединения на фазовый детектор сдерживается сигналом обратной связи с выхода управляемого напряжением генератора при выходных сигналах низкой мощности. В случае быстрого линейного увеличения выходной мощности с увеличивающимся в результате фазовым искажением вклад сигнала из контура обратной связи, который включает в себя усилитель мощности, также возрастает. Это разрешается с помощью схемы объединения в темпе увеличения амплитуды выходного сигнала. В этом случае фазовый детектор имеет время для устранения фазового рассогласования. При полной выходной мощности усилителя выходной сигнал обратной связи полностью преобладает в выходном сигнале схемы объединения. Схема объединения может представлять собой либо схемы, которые включают в себя исключительно пассивные элементы, либо схемы, которые включают в себя активные элементы (транзисторы).

Дальше будет описан вариант осуществления схемы объединения, которая включает в себя пассивные элементы, и схемы объединения, которая включает в себя активные элементы. Оба варианта осуществления включают в себя схему ограничения. Ограничение необходимо для гарантии правильной работы находящегося ниже по ходу смесителя, что означает, что выходная амплитуда смесителя будет постоянной. Схема объединения представляет сложение двух сигналов s₁ и s₂ обратной связи на фиг. 1A.

На фиг. 4 изображен вариант осуществления схемы объединения СО1, которая выполнена с пассивными элементами – в иллюстрируемом случае резисторами R₁ и R₂ – и ограничителем L1. Каждый из сигналов обратной связи s₁ и s₂ на фиг. 1A подается на соответствующий сигнальный вход 11 и 12. Каждый сигнальный вход включает в себя один из соответствующих резисторов R₁ и R₂. Сигнальные входы подсоединены к общей точке A_сум суммирования для сигналов s₁ и s₂. К точке A_сум суммирования также подсоединен источник 13 напряжения через резистор R₃. Точка A_сум подсоединена ко входу 14 ограничителя L1. Поскольку сигнал 51 является постоянным, а также относительно слабым по сравнению с сигналом s₂, который подается обратно с выхода усилителя мощности, сигналы будут предпочтительно взвешиваться. Подходящий выбор величин соответствующих сопротивлений позволяет суммировать два сигнала в новый сигнал s_сум, который ограничивается ограничителем L1 до нового сигнала ₃ обратной связи на общем выходе 15 ограничителя и схемы СО1 объединения. Взвешивание производится таким образом, что переход от состояния, в котором доминирует сигнал s₁ в сигнале s₃ обратной связи, к состоянию, в котором доминирует s₂, и наоборот, осуществляется при подходящей выходной мощности. Определили, что переход должен иметь место, когда выходная мощность от s₂ становится больше, чем P_T (см. фиг. 1B), где P_T < P_min. Под преобладанием понимают, что один из сигналов составляет большую часть сигнала обратной связи. Как упоминалось выше, ограничение необходимо для гарантии, что последующие схемы будут работать правильно.

Описанная обратная связь сигнала s₃ от схемы СО1 объединения означает, что усилитель 3 мощности (УМ) на фиг. 1A будет включен в контур фазовой синхронизации контура 7 управления фазовой модуляцией (УФМ), который к тому же синхронизирует по фазе выходной сигнал s₂ с усилителя 3 мощности.

Фиг. 5 иллюстрирует другой выгодный вариант осуществления схемы СО2 объединения. Эта схема СО2 выполнена с активными элементами. Схема представляет собой усилитель, который имеет два входа 21 и 22. Каждый из сигналов, которые поступают обратно от s₁и s₂ на фиг. 1A, подается на соответствующий один из сигнальных входов 21 и 22. Усилитель включает в себя два транзистора Т1 и Т2. Сигнал s₁ на входе s₂ подается на базу транзистора Т1 через схему 23A смещения. Сигнал s₂ на входе 22 подается на базу транзистора Т2 через схему 23B смещения. В иллюстрируемом случае оба транзистора представляют собой биполярные n-p-n-транзисторы, хотя можно использовать и другие типы транзисторов. Эмиттеры транзисторов подсоединены к общему генератору 24 постоянного тока. Транзисторы запитываются напряжением V_СС возбуждения от источника 25 напряжения. Усилитель имеет два плеча. Коллектор транзистора Т1 подсоединен к источнику 25 напряжения через плечо 26, а коллектор транзистора Т2 подсоединен к источнику 25 напряжения через другое плечо 27. Как показано на фиг. 5, каждое плечо может включать в себя резистор R_С коллектора. Сигнал s_A проходит от плеча 26A через элемент 27A. Сигнал s_R проходит от плеча 26B через элемент 27В. Выходы резисторов 27A и 27B связаны с общей точкой A1_сум суммирования. Эта точка подсоединена ко входу 28 ограничителя L1. Таким образом, плечи 26A и 26B объединены с элементами 27A и 27B таким образом, чтобы получить взвешенную сумму s1_сум сигналов s₁ и s₂ обратной связи в точке A1_сум. Новый сигнал s1_сум ограничивается в ограничителе L1 до нового сигнала s₃ обратной связи на выходе 29 ограничителя, который также является сигнальным выходом схемы СО2 объединения.

Обратная связь сигнала s₃ от схемы СО2 объединения означает, что усилитель 3 мощности на фиг. 1A будет включен в контур с фазовой синхронизацией для контура управления 7 фазовой модуляцией, который благодаря этому синхронизирует по фазе выходной сигнал s₂ с усилителя 3 мощности.

Фиг. 6 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления обладающего признаками изобретения устройства компенсации фазового искажения. Поступающий в устройство сигнал представляет собой фазовый сигнал e_phr, то есть сигнал, в котором информация находится в фазе. Фазовый сигнал e_phr содержит фазовую информацию, подлежащую модулированию и передаче на соответствующей несущей частоте.

Преобразование с повышением частоты фазового сигнала e_phr относительно правильной частоты канала производится в контуре управления фазовой модуляцией для синхронизации по фазе и преобразования с повышением частоты. Контур включает в себя смеситель 30, фазовый детектор 31, управляемый напряжением генератор (УНГ) 32, схему 34 интегрирующего фильтра, схему 35 объединения и цепь обратной связи 33 с выхода генератора 32 на первый вход схемы 35 объединения через первое средство 37 ответвителя. Генератор 32 подсоединен ко входу усилителя 40 мощности, выход которого подсоединен к антенне 50. Контур управления фазовой модуляцией также включает в себя вторую цепь 36 обратной связи с выхода усилителя 40 мощности на второй вход схемы 35 объединения через второе средство 38 проводника. Эта схема может быть построена так же, как было описано со ссылкой на фиг. 4 или фиг. 5.

Смеситель 30 вырабатывает сигнал e_ifs промежуточной частоты, частота которого равна разности между сигналом e_frs опорной частоты с синтезатора 39 частот и сигналом e_fdb обратной связи со схемы 35 объединения. Сигнал e_fdb обратной связи соответствует сигналу s₃ на фиг. 4 и 5.

Фазовый детектор 31 вырабатывает сигнал e_phf рассогласования, который зависит от разности фаз сигнала e_ifs промежуточной частоты и фазового сигнала e_phr. Схема 34 интегрирующего фильтра подсоединена между фазовым детектором и управляемым напряжением генератором таким образом, чтобы уменьшить риск фазового искажения, шумовой передачи и полосы частот, расширяющейся в результате широкополосного шума. Схема фильтра эффективно устраняет широкополосный шум. Шум происходит от источников в фазовом детекторе. Одним таким источником может быть модулятор 1Q, используемый в некоторых типах передающего устройства радиосвязи.

Сигнал e_phf рассогласования подается на вход схемы 34 фильтра, а оттуда на вход управляемого частотой генератора 32. Таким образом, выходной сигнал e_pha генератора 32 образует фазу, которая приблизительно равна фазе фазового сигнала e_phr, что означает, что выходной сигнал e_pha модулирован по фазе фазовым сигналом e_phr. Частота выходного сигнала e_pha равняется сумме или разности между частотой сигнала e_frs опорной частоты и частотой фазового сигнала e_phr.

Сигнал e_pha связан с усилителем 40 мощности, который усиливает сигнал e_pha в ответ на управляющий сигнал I_ус. Сигнал e_вых антенны на выходе усилителя 40 к антенне 50 будет в этом случае иметь форму, определяемую управляющим сигналом I_ус.

Если этот вариант осуществления изобретения включен в передающее устройство, которое работает в соответствии со стандартами ГСМС, выходной сигнал получает огибающую, представленную на фиг. 2В. Выходной сигнал e_вых соответствует сигналу s₂ на фиг. 1A, а сигнал e_pha соответствует сигналу s₁.

Объединяющее средство, то есть схема 35 объединения, принимает часть сигнала e_pha и часть сигнала e_вых, каждый посредством соответствующих сигнальных ответвителей 37 и 38. Эти сигнальные ответвители могут иметь форму направленных ответвителей или некоторую форму делителя напряжения (емкостные или резистивные ответвители). Две цепи 33 и 36 подсоединяют соответствующий ответвитель 37 и 38 к их определенному входу в схеме 35 объединения. Она объединяет два сигнала e_pha и e_вых из соответствующих цепей в соответствии с коэффициентом усиления усилителя 40 с целью обеспечения нового сигнала e_fdb обратной связи в контуре. Каждый из ответвителей 37 и 38 выводит определенную часть соответствующих сигналов e_pha и e_вых. Эти ответвители также могут быть управляемыми. К тому же, величиной соответствующих частей сигналов, которые выводятся таким образом, можно управлять по отдельности, что может быть выгодно. Примером одного такого ответвителя является управляемый направленный ответвитель.

Перед началом линейного увеличения сигнала усилителя 40 мощности УМ контур синхронизируется по выходному сигналу с управляемого напряжением генератора 32 при помощи первой цепи 33 обратной связи. Поскольку выходная мощность возрастает в ответ на управляющий сигнал I_ус, сигнал e_вых, который подается обратно с выхода усилителя мощности посредством второй цепи 36 обратной связи, постепенно становится доминирующим над сигналом e_pha генератора, подаваемым обратно по первой цепи 33 обратной связи в виде сигнала e_fdb обратной связи.

Без цепи 33 фазовая синхронизация не может быть достигнута в надлежащее время до активирования усилителя мощности, при запуске передающего устройства. Когда контур имеет достаточно широкую рабочую полосу частот, контур имеет время для компенсации сдвига фазы в усилителе 40 мощности в течение линейного увеличения выходной мощности. Обратная связь будет установлена через цепь 36, и будет достигнута упомянутая синхронизация с целью получения предполагаемой компенсации фазового искажения приблизительно на 10 дБ при полной выходной мощности.

Соответствующее данному варианту осуществления изобретения устройство компенсации фазового искажения включает в себя усилитель 40, вход которого подсоединен к выходу контура фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты. Этот контур включает в себя первую и вторую цепи 33 и 36 обратной связи, соответственно, где первая цепь 33 обратной связи связана со средством 37 ответвителя для ответвления части модулированного сигнала на входе усилителя мощности, а вторая цепь 36 обратной связи связана со средством 38 ответвителя для ответвления части усиленного модулированного сигнала на выходе усилителя 40 мощности.

Каждая из цепей 33 и 36 связана с соответствующим входом средства 35 объединения, которое объединяет два входных сигнала из соответствующих цепей таким образом, чтобы произвести в контуре новый сигнал обратной связи.

Соответствующий данному варианту осуществления изобретения способ компенсации фазового искажения включает в себя объединение двух сигналов e_pha и e_вых из соответствующих цепей 33 и 36 для образования в контуре нового сигнала обратной связи e_fdb. Если усиление в усилителе 40 изменяется, изменяются также пропорциональность, с которой сигналы обратной связи поступают обратно, и их преобладание в сигнале обратной связи на контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты. Обладающий признаками изобретения способ обеспечивает плавный и непрерывный переход между частями сигналов, которые подаются обратно, и вместе с этим доминирование в сигнале обратной связи, чтобы обеспечить возможность контуру фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты вовремя синхронизироваться по фазе до начала быстрого изменения выходной мощности усилителя мощности, при поддержании фазовой синхронизации в течение линейного увеличения и линейного уменьшения сигнала. В соответствии с обладающим признаками изобретения способом преобладание в новом сигнале обратной связи сигнала обратной связи, который выводится с выхода усилителя 40 мощности, увеличивается с повышением выходных мощностей усилителя. Сигнал, подаваемый обратно с выхода усилителя мощности, доминирует в новом сигнале обратной связи, когда усилитель мощности производит усиление при полной выходной мощности, в то время как сигнал, подаваемый обратно со входа усилителя мощности, доминирует в новом сигнале обратной связи, когда выходная мощность усилителя низкая.

В результате применения заявляемого способа контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты синхронизируется по модулированному сигналу e_pha на входе усилителя 40 мощности до повышения выходной мощности усилителя мощности. Когда начнется линейное увеличение сигнала усилителя, контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты синхронизируется по усиленному модулированному сигналу на входе усилителя мощности прежде, чем выходная мощность усилителя мощности достигнет полной величины.

Фиг. 7 иллюстрирует вариант осуществления, который слегка отличается от заявляемого устройства, показанного на фиг. 6. В соответствии с показанной на фиг. 6 блок-схемой контур управления фазовой модуляцией включает в себя фазовый детектор 31, схему фильтра 34, генератор 32, схему 35 объединения, смеситель 30 и местный генератор 39. Контур управления фазовой модуляцией на фиг. 7 также включает в себя схему 60 развертки (CP), подсоединенную между управляемым напряжением генератором 32 (УНГ) и схемой 34 фильтра. Чтобы гарантировать быструю фазовую синхронизацию контура, управляющее напряжение генератора УНГ разворачивается по интервалу напряжения, в котором ожидается синхронизирование генератора. Развертку можно инициировать и останавливать управляющим сигналом I_st на управляющем входе 61 схемы 60 развертки. Частота выходного сигнала генератора изменяется благодаря изменению управляющего напряжения для генератора.

Фиг. 8А иллюстрирует принцип управления временем фазовой синхронизации показанного на фиг. 7 устройства при помощи оси времени и временных отметок. Начальный импульс I_st запускает схему развертки в момент времени t_svp, и выходное напряжение схемы для управляемого напряжением генератора 32 изменяется со временем в соответствии с установленной заранее функцией в пределах подходящего интервала напряжения, в котором ожидается синхронизирование контура. Развертка интервала напряжения начинается в подходящее время до отметки времени t_up, в которое начинается линейное увеличение выходной мощности усилителя 40 мощности (УМ). Необходимо, чтобы схема 60 развертки имела достаточно времени для одной развертки по интервалу напряжения. Контур синхронизируется в производный момент времени t_1ск и остается синхронизированным в течение линейного увеличения и линейного уменьшения, которые происходят в соответствующие моменты времени t_up и t_down. Контур может сохраняться синхронизированным, поскольку схема 35 объединения создает “плавный” последовательный переход от одной цепи 33 обратной связи к другой цепи 36 обратной связи. С другой стороны, фазовая синхронизация теряется, когда производят быстрое переключение, к тому же приводя к потере информации в выходном сигнале усилителя мощности.

На схему развертки 60 подается сигнал e_svp напряжения со схемы 34 фильтра. С выхода схемы развертки сигнал e_vco напряжения поступает на управляемый напряжением генератор 32. Сигналы e_svp и e_vco включают в себя подлежащую передаче фазовую информацию. Схема 60 развертки добавляет развертку к информации в e_svp. В момент времени t_svp на вход 61 схемы развертки подается пусковой импульс I_st. Затем схема 60 развертки начинает изменять e_vco во времени в соответствии с установленной заранее временной функцией. Фиг. 8B иллюстрирует пример того, как сигнал e_vco может разворачивать схема 60 развертки и изменять со временем t в желательном интервале V_int = [V_start, V_stop] напряжения. Напряжение линейно понижается от постоянной высокой величины V_start при начале развертки напряжения. При изменении e_vco изменяется частота выходного сигнала генератора 32. На фиг. 8B контур синхронизируется (V_lock), когда e_vco так управляет управляемым напряжением генератором 32, чтобы e_ifs = e_phr. Это происходит в произвольный момент времени t_lck. Сигнал e_vco поддерживается на уровне V_lock до тех пор, пока выходная мощность начнет плавно уменьшаться в момент времени t_end. Развертка напряжения повторно начинается с напряжения V_start при поступлении следующего пускового импульса.

Пусковой импульс I_st вырабатывается при запуске передающего устройства и может генерироваться в управляющей части радиопередающего устройства. Схему развертки можно запрограммировать для обеспечения возможности хранения других параметров управления разверткой в блоке управления схемы развертки. Подлежащий сканированию интервал V_int = [V_start, V_stop] напряжения можно вместе с тем определить, как временной интервал от времени, когда на управляющем входе 61 схемы 60 развертки воспринимается пусковой импульс I_st.

Фиг. 9 представляет графическую схему программы, иллюстрирующую соответствующий заявляемой концепции способ компенсации фазового искажения. Некоторые из ссылочных позиций, используемых в последующем тексте, можно найти на фиг. 6 и 7. Способ касается компенсации фазового искажения в усиленном модулированном сигнале мощности на выходе усилителя 40 мощности, в котором усилитель имеет вход, подсоединенный к выходу контура (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты (контур также обозначен как контур управления фазовой модуляцией). Контур включает в себя первую и вторую цепи 33 и 36 обратной связи, соответственно. Способ начинается при запуске контура в начальной позиции 200. На первом этапе 202 способа часть модулированного сигнала e_pha на входе усилителя 40 мощности выводится или отводится через первую цепь 33 обратной связи. На этапе 204 часть усиленного модулированного сигнала e_out на выходе усилителя 40 мощности выводится или отводится через вторую цепь 36 обратной связи. На третьем этапе 206 два отведенных сигнала объединяются в средстве 35 объединения для обеспечения сигнала e_fdb обратной связи, который содержит оба отведенных сигнала. На следующем этапе 208 сигнал обратной связи подается обратно в контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты. Контур синхронизирует по фазе выходной сигнал e_вых по фазовому опорному сигналу e_phr на следующем этапе 210 и вместе с тем компенсирует фазовое искажение в выходном сигнале e_вых усилителя мощности. Когда выходная мощность усилителя изменяется, средство 35 объединения объединяет два отведенных сигнала таким образом, чтобы изменить их относительное доминирование в сигнале обратной связи в плавном переходе, чтобы не терять синхронизацию по фазе и вместе с тем компенсировать фазовое искажение, что производится на этапе 212. Выполнение способа продолжается до тех пор, пока контур находится в действии, и не прерывается, пока больше не включается передающее устройство, в которое включен контур.

Этот этап 214 показан на графической схеме программы возвращением к этапу 212. Когда передающее устройство выключается, сразу же принимается положение окончания (этап 216).

Поскольку заявляемый способ обеспечивает плавное и непрерывное изменение взаимной пропорциональности отводимых сигналов в сигнале обратной связи и вместе с тем относительное доминирование упомянутых сигналов в сигнале обратной связи, контур фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты может быть синхронизирован по фазе в надлежащее время до начала быстрого изменения выходной мощности усилителя мощности. Невозможно было добиться такой синхронизации по фазе с помощью известных способов, в которых используется переключатель для переключения между двумя цепями обратной связи. Такой способ вносит высокую степень чувствительности, когда осуществляется переключение. Кроме того, когда осуществляется переключение, имеется риск внесения переходного процесса в контуре. Такие переходные процессы могут вызывать потерю синхронизации по фазе вместе с ценной информацией во входном сигнале контура.

При осуществлении заявляемого способа в замкнутый контур не вносятся никакие переходные процессы.

Заявляемый способ и заявляемое устройство разрешают вышеупомянутые проблемы, связанные с фазовой компенсацией в различных применениях, таких как радиосвязь и т.д.

Формула изобретения

1. Устройство компенсации фазовых искажений в усиленном модулированном сигнале (e_вых) на выходе усилителя (40) мощности, вход которого подсоединен к выходу контура (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты, а контур включает в себя соответствующие первую и вторую цепи (33 и 36) обратной связи, при этом первая цепь (33) обратной связи соединена с ответвителем (37) для отведения части модулированного сигнала (е_pha) на входе усилителя (40), а вторая цепь (36) обратной связи соединена с ответвителем (38) для отведения части усиленного модулированного сигнала (e_вых) на выходе усилителя (40), отличающееся тем, что каждая из двух цепей (33,36) обратной связи подсоединена к соответствующему входу средства (35) объединения, которое объединяет два входных сигнала из соответствующих цепей (33,36) обратной связи для обеспечения сигнала (е_fdb) обратной связи в контуре (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ответвитель (37) для отведения части усиленного модулированного сигнала (е_вых) на выходе усилителя (40) и ответвитель (38) для отведения части модулированного сигнала ( e_pha) на входе усилителя (40) являются направленными ответвителями.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ответвитель (37) для отведения части усиленного модулированного сигнала (e_вых) на выходе усилителя (40) и ответвитель (38) для отведения части модулированного сигнала ( е_pha) на входе усилителя (40) являются управляемыми направленными ответвителями.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ответвитель (37) для отведения части усиленного модулированного сигнала (e_вых) на выходе усилителя (40) и ответвитель (38) для отведения части модулированного сигнала ( е_phа) на входе усилителя (40) являются делителями напряжения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контур (30 -39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты включает в себя схему (60) развертки.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что контур (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты включает в себя малошумящий мощный управляемый напряжением генератор (32).

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что усилитель мощности (40) является импульсным.

8. Способ компенсации фазовых искажений в усиленном модулированном сигнале на выходе усилителя (40) мощности, вход которого подсоединен к выходу контура (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты, а контур включает в себя первую и вторую цепи (33,36) обратной связи, при этом упомянутый способ предусматривает отведение части модулированного сигнала на входе усилителя (40) через первую цепь (33) обратной связи и отведение части усиленного модулированного сигнала на выходе усилителя (40) через вторую цепь (36) обратной связи, отличающийся тем, что способ содержит дополнительные этапы объединения двух отведенных сигналов (е_вых, e_phа) в средстве (35) объединения для получения сигнала (е_fdb) обратной связи, подачи сигнала (е_fdb) обратной связи в контур (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты, фазовой синхронизации усиленного модулированного сигнала (е_вых), по фазовому опорному сигналу (е_phr), поступающему в контур (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты, и изменения взаимного доминирования отводимых сигналов (е_вых, _pha ) в сигнале (е_fdb) обратной связи путем плавного изменения в случае изменения выходной мощности усилителя (40).

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что предусматривает увеличение доминирования в сигнале (е_fdb) обратной связи сигнала (е_вых), отводимого с выхода усилителя мощности (40), при увеличении выходной мощности усилителя (40).

10. Способ по п.8 или 9, отличающееся тем, что проводят синхронизацию контура (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты по усиленному модулированному сигналу (е_вых) на выходе усилителя (40) до достижения выходной мощностью усилителя полной величины.

11 . Способ по п. 10, отличающийся тем, что усиленный модулированный сигнал (e_вых) на выходе усилителя (40) является доминирующим в сигнале (е_fdb) обратной связи, когда усилитель (40) производит усиление с полной выходной мощностью.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что проводят синхронизацию контура (30-39) фазовой синхронизации и преобразования с повышением частоты на входе усилителя (40) до возрастания выходной мощности усилителя (40).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что модулированный сигнал (е_pha) на входе усилителя (40) является доминирующим в сигнале (е_fdb) обратной связи, когда выходная мощность усилителя мощности низкая.

14. Способ по любому из пп.8-13, отличающийся тем, что усилитель (40) мощности является импульсным.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.06.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2010 БИ: 21/2010